16/07/18

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Grupo de Nanoestructuras de Carbono y Nanotecnología - Instituto de Carboquímica (CSIC), Zaragoza

Contacto

Mª Teresa Martínez Fernández de Landa
Instituto de Carboquímica (CSIC)
Miguel Luesma 4
50018 Zaragoza
Telefóno: 976 733 977
e-mail: mtmartinez@icb.csic.es
www.icb.csic.es

 

Miembros del Grupo

  • Wolfgang Maser (Investigador Científico Csic)
  • Ana Mª Benito Moraleja (Investigador Científico)
  • Alejandro Ansón Casaos (Doctor)
  • Javier Hernández Ferrer (Doctor)
  • José Miguel González Domínguez (Doctor)
  • Ricardo Mis Fernández (Investigador en Estancia Postdoctoral)
  • Manuela Cano Galey (Becaria FPI)
  • Jesús David Núñez García (Becario Predoctoral)
 

Líneas de Investigación

El grupo CNN, en el desarrollo de su actividad investigadora persigue una aproximación integral desde la investigación básica a la aplicada y desde la producción al desarrollo de materiales de alto interés tecnológico.

Las  líneas de investigación que están desarrollando engloban diferentes aspectos; síntesis, postratamientos, procesado y caracterización  que se abordan de una forma multidisciplinar de acuerdo con los diferentes perfiles de los integrantes del grupo y convergen en el objetivo perseguido para cada aplicación.

SINTESIS DE NANOESTRUCTURAS

  • Nanotubos de Carbono (CNT): Sintesis controlada para la obtención de altos rendimientos y para el control de sus propiedades estructurales.
  • Grafeno: Síntesis a partir de métodos químicos con el objetivo de controlar la obtención de capas finas, funcionalidad y altos rendimientos para su uso en etapas siguientes.
  • Nanotubos inorgánicos: a partir de métodos químicos con el objetivo de controlar sus propiedades estructurales para su uso en etapas siguientes.

POST-TRATAMIENTOS Y FUNCIONALIZACIÓN DE NANOESTRUCTURAS

  • Purificación de CNT vía métodos químicos/fisicos para la obtención de materiales más puros y con características funcionales definidas (semiconductores o metales) de interés para uso en aplicaciones siguientes.
  • Creación de defectos y funcionalización primaria para una posterior funcionalización covalente.
  • Funcionalización de CNT y Grafeno covalente o nocovalente utilizando diferentes tipos de moléculas o grupos funcionales (incl. también biomoléculas)  para i) añadir funcionalidad, ii) aumentar compatibilidad con otros materiales (matrices) iii) favorecer anclaje con otros materiales (nanopartículas, marcadores) de interés para su uso en posteriores aplicaciones. 

PROCESADO: DISPERSIONES DE NANOESTRUCTURAS, LÁMINAS DELGADAS, RECUBRIMIENTOS, FIBRAS Y BUCKYPAPERS

  • Desarrollo de dispersiones estables y homogéneas de CNT y grafeno en medios acuosos u orgánicos, para aumentar compatibilidad con otros materiales, para permitir uso en aplicaciones posteriores, o para favorecer su ensamblaje en diferentes formas macroscopicas utilizando diferentes técnicas de procesado.
  • Ensamblaje de las nanoestructuras o materiales compuestos producidos en varias formas macroscópicas como recubrimientos de diferentes sustratos, películas, membranas, fibras, o buckypapers utilizando diferentes técnicas de procesado disponible en  el grupo (spin-coating, filtración, hilado por coagulación y electrostático....) El enfoque es transferir las propiedades de los materiales a diferentes formas macroscopicas para su uso en diferentes aplicaciones tecnológicas.

PREPARACIÓN DE MATERIALES COMPUESTOS Y MATERIALES HÍBRIDOS

  • Desarrollo de materiales compuestos basados en CNT o grafeno con polímeros (plásticos y polímeros conductores intrínsecos) por vía química enfocándose a el control de propiedades estructurales y a la consecución de interacciones específicas entre nanocarga y matriz, y a la obtención de funcionalidades superiores (propiedades eléctricas, térmicas, ópticas, mecánicas,...) de interés para aplicaciones tecnológicas específicas. 
  • Desarrollo de materiales compuestos basados en CNT y matrices cerámicas vía métodos químicos y térmicos para obtenter funcionalidades superiores (térmicas, mecánicas y eléctricas) de interés para aplicaciones tecnológicos específicas.
  • Desarrollo de materiales híbridos basados en CNT y grafeno y nanopartículas y nanotubos inorgánicos vía métodos químicos enfocándose en el control de propiedades estructurales, conseguir interacciones específicas entre los constituentes de interés para aplicaciones tecnológicas específicas.

APLICACIONES

Evaluación de los materiales desarrolladas (en sus diferentes formas) en diferentes tipos de aplicaciones en colaboración con otros grupos de investigación o directo con empresas en sectores como:

  • Sensores (gases, vapores, bio).
  • Almacenamiento de energía (Baterías, supercondensadores, células combustibles)
  • Electrónica plástica (circuitos y transistores flexibles, fotovoltaica, OLEDs), 
  • Textiles funcionales, Medioambiente, Transporte,.... etc.
  • Siempre cuando sea posible se evalúa la oportunidad comercial "utilizando" la compañia  aragonesa Nanozar S.L.
    www.nanozar.com (spin-off del CSIC) como plataforma tecnológica del grupo.
 

Objetivos / Actividades

El grupo de Nanoestructuras de Carbono y Nanotecnología, GCNN,(Grupo de Excelencia DGA T-66) es un grupo dedicado a la Nanociencia y Nanotecnología. El interés y la actividad del grupo se focalizan en el desarrollo de conocimiento en el campo de nanotubos de carbono, CNT, grafeno, nanotubos inorgánicos y materiales híbridos  con el objetivo de desarrollar nanomateriales innovadores para aplicaciones de alto interés tecnológico. 

El GCNN ha desarrollado una investigación puntera en el campo de la Nanotecnología y concretamente en el campo de la producción, purificación, post-tratamiento y funcionalización de CNTs situándose en la vanguardia de la investigación en CNTs. El conocimiento alcanzado en estos campos nos ha permitido el estudio de aplicaciones de CNTs y más recientemente de grafeno en el campo de materiales compuestos, en el campo de la energía, en el de sensores, biomedicina  y en electrónica que se están desarrollando en el marco de una serie de proyectos europeos, nacionales y autonómicos que se detallan a lo largo de la presente memoria.

El grupo ha conseguido importantes logros con importante impacto científico como se pone de manifiesto en el correspondiente apartado de la memoria. En el campo del control de la producción nuestro principal logro  es el haber sido pioneros mundiales en la producción de SWNTs mediante láser de CO2 (Chem. Phys. Let. 292,(4-6), 587, 1998). Esta área del control de la producción y del estudio de los mecanismos de síntesis sigue estando en primera línea de la investigacion en el campo de los CNTs y permanece como uno de los objetivos del grupo ya que la mejora en los procesos de síntesis con respecto al control de (n,m) carácter metalico, longitud del tubo, y calidad dará lugar a mejores materiales que posibilitarán nuevos avances científicos.

En el campo de materiales compuestos estamos produciendo materiales compuestos con polímeros termoplásticos como polipropileno, epoxi o PEEK  con polímeros conductores como polianilina,  polipirrol y politiofeno, con cristales líquidos como la poliazometina y con materiales cerámicos, SiO2 circona y cordierita. En esta línea, cabe citar como principales logros la utilización por primera vez el procedimiento de polimerización “in situ” con CNTs y polímeros que se hizo con polianilina (CHEM. COM. 2001, 1450-1451) y posteriormente (ADVAN. MAT., 2005) la obtención de composites polianilina/CNT solubles y altamente funcionales. El trabajo en esta línea sigue siendo otro de nuestros objetivos ya que Los nanotubos de carbono mantienen la promesa de dotar a la siguiente generación de polímeros de características como resistencia y tenacidad radicalmente superiores. También en el area de materiales compuestos, la interacción entre nanoestructuras (grafeno, nanotubos..) y química juega un papel importante a la hora de proporcionar los potentes dispositivos que soporten la implementación de la revolución de la tecnologia de la información

En el campo de la electrónica, se han preparado transistores de efecto de campo con CNTs que se han utilizado como biosensores habiendose detectado electrónicamente la hibridación de ADN (NanoLetters, 9, 2, 2009, 530-536) y la primera detección electrónica de esteroides anabolizantes (ACSnano, 4, 3, 1473-1480, 201099). También esta área es uno de nuestros objetivos prioritarios no solo en el campo de biosensores sino en en el de electrónica plástica.

La promoción de la multidisciplinearidad desde el campo de los CNTs a otros campos de la Ciencia, el entendimiento de las bases fisicas de los procesos, la  interacción entre teóricos y experimentalistas, la interacción entre química y nanoestructuras son otros de nuestros objetivos en investigaciçon básica.

Nuestro grupo en su compromiso con la transferencia de conocimiento trata de combinar investigación básica con desarrollo tecnológico. A la vez que lleva a cabo un intenso trabajo de investigación se han desarrollando proyectos de investigación en colaboración con determinadas empresas para temas de aplicación, entre otras: CEGASA (electrodos CNT para supercondensadores), IBERESPACIO (composites CNT/cerámicos para sistema de refrigeración satelites), MERC FARMA QUÍMICA y BIONOSTRA (CNT transistores para biosensores), y varias empresas europeas en el marco de proyectos CE (fabricación de materiales compuestos) como se indica en el siguiente apartado. Por otro lado, la creación de la spin-off aragonesa Nanozar www.nanozar.com en 2005, realizando estudios de I+D en el campo de dispersiones y composites de CNTs, demuestra nuevamente el compromiso del Grupo de llevar el desarrollo tecnológico al servicio de la sociedad. 

 

Proyectos en desarrollo

Nacionales:

  • Redes neuronales en nanotubos de carbono: funcionalizaciones específicas para procesos neurotróficos, neurodegenerativos y de plasticidad sináptica. Dga pi108/09 (21/07/2010- 20/07/11)
    Investigador principal: Mª Teresa Martínez. 
  • Materiales nanoestructurados conductores: preparación y procesado. Csic proyecto intramural.
    Ref: 201080e124 (1/10/2010-30/09/2013).
    Investigador principal: A. M. Benito. 
     
  • Materiales electroactivos basados en composites de grafeno y nanotubos de carbono
    (micinn pn mat2010-15026) (01/01/2011.31/12/2013)
    Investigador principal: Wolfgang Maser.

  • Field effect transistors with single wall carbon nanotube films. Application to beta amyloid detection
    (tec2010-15736 ) (01/01/2011-31/12/2013)
    Investigador principal: Mª Teresa Martínez

Internacionales: 

  • Multiscale reinforcement of semi-crystaline thermoplastic   sheets and honeycombs”(m-rec) ce- nmp 2009/246067 (16/04/2010-15/04/2014)
    Entidades participantes: Victrex, IMMG (Grecia), EADS IW (Francia), Polymade (Alemania) Nanozar (España), USFD (Reino Unido), NTUA( Grecia), BAM (Alemania), Buildar (España), CIMNE (España), AVL (Austria), ASTRIUM SAS (Francia), Volvo (Suecia), FIBROLINE (Francia), K.U. Leuven (Belgica), TenCate (Dinamarca), Vamptech (Italia), R-Tech (Alemania)
    Investigador Principal: P Castell/MT Martiínez.
  • Multifunctional, light weight, single-walled carbon nanotube-based carbon fibre nanocomposites for transportation
    (CSIC- NRC Canada) (15/10/2007-31/12/2010)
    Entidades participantes: Instituto de Carboquímica CSIC/ Instituto de Ciência y Tecnologia de Polímeros CSIC/ Steacie Institute for Molecular Sciences, NRC (Canadá)/ Structures and Materials Performance Laboratory Institute for Aerospace Research, NRC (Canadá)
    Investigador Principal: Mª Teresa Martínez.
  • Smart joint implants using bionanocomposites”
    Entidades participantes Instituto de Carboquímica CSIC. Universidade do Minho, Centro de Investigación Príncipe Felipe, Unidad de Medicina Regenerativa,Valencia,  University of Aveiro, Universidade de Vigo, Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, Laboratory of Catalysis and Materials, University of Porto, Faculty of Medicine of the University of Porto, Departamento de Ortopedia do Hospital Geral de S. António, Porto, Universidade de Evora, LEPAE Laboratório de Engenharia de Processos Ambiente e Energia, Instituto de biomecanica de Valencia, Universidad Politécnica de Valencia MICINN Nanotechnology calls Portugal-Spain International Nanotechnology Laboratory Ref. EUI2008-00153 (01.07.09-01.07.11)
  • Investigador Principal: Mª Teresa Martínez
    Development of photocatalytic materials for polution control MICINN Nanotechnology calls Portugal-Spain International Nanotechnology Laboratory Ref. EUI2008-00152 (01.07.09-01.07.11)
    Entidades participantes: Univ. Porto (P), CSIC-ICB (ES), Univ. Minho (P), Univ. Coruña (ES), Poceram (P)
    Investigador Principal: Mª Teresa Martínez
  • Desarrollo de sensores electroquímicos basados en nanotubos de carbono modificados quimicamente. Csic/conicyt  2009CL0057
    (Junio 2010-Junio 2011)
    Participantes: Facultad de Farmacia Universidad de Chile/Instituto de arboquimica
    Investigador Principal: Mª Teresa Martínez/Soledad Boyo
    GDRI-GNT. Graphene and Nanotubes. Science and Applications”
    CSIC-CNRS-GDRI. Ref. GDRI09FR2 (01.01.2010 – 31.12. 2010. Renovable hasta 2013)
    Entidades participantes:  ICB-CSIC (Zaragoza), ICTP-CSIC (Madrid), IFM-CSIC (San Sebastián)
    Investigador Principal: Wolfgang Maser.

 

Publicaciones relevantes

En los últimos 5 años los resultados de investigación han dado lugar a más de 100 publicaciones, 2 patentes y un número superior a 90 comunicaciones a congresos. 

  • Carbon nanotubes growth on cobalt-sprayed substrates by thermal CVD. E. Terrado, M. Redrado, E. Muñoz, W. K. Maser, A. M. Benito, M. T. Martínez. MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING B, 26, 1185-1188, (2006).

  • Polyazomethine/carbon nanotubes composites. E. Lafuente, M. Piñol, L. Oriol, E. Muñoz, A. M. Benito, W. K. Maser, J. L. Serrano, M. T. Martínez. MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING B, 26, 1198-1201 (2006).

  • DFT based prediction of high pressure H2 adsorption on porous carbons at ambient    temperatures from low pressure adsorption data measured at 77 K. Jacek Jagiello, Alejandro Ansón, M. Teresa Martínez. J.PHYS.CHEM.B, 110, 6643-6648, 2006.
     
  • Síntesis and Properties of optically active polyaniline carbon nanotube composites. R. Sainz, W. R. Small, N.A. Young, C. Vallés, A.M. Benito, W.K. Maser, M.in het Panhuis MACROMOLECULES, 39, 7324 (2006).

  • The Hydrogen Capacity of Palladium Loaded Carbon Materials. Alejandro Ansón, Esperanza Lafuente, Esteban Urriolabeitia, Rafael Navarro, Ana M. Benito, Wolfgang K. Maser, M. Teresa Martínez. J.PHYS.CHEM.B, 110, 4531-4534, 2006.

  • Aligned carbon nanotubes grown on alumina and quartz substrates by a simple thermal CVD process. E.Terrado, M.Redrado, W.K.Maser, A.M.Benito, E. Muñoz, M.T.Martínez. DIAMOND AND RELATED MATERIALS, 15,1059-1063, (2006).

  • Gold/carbon nanocomposite foam.Edgar Muñoz, Marta de Val, María Luisa Ruiz-González, Clarisa López-Gascón, M. Teresa Martínez, José M. González-Calbet, Germán F. de la Fuente, Mariano Laguna. CHEMICAL PHYSICS  LETTERS , 420 (1-3), 86-89, 2006.

  • Intrinsically conducting polymer-carbon nanotube composites: Towards improved organic electronics. Wolfgang K. Maser*, Raquel Sainz, M.Teresa Martínez, and  Ana M. Benito. E-NANO NEWSLETTER,3, 5-9, 2006 (Ed. Phantoms foundation, Spain).

  • Preparation and characterisation of single-walled carbon nanotubes functionalised  with amines. G. Gabriel, G. Sauthier, J. Fraxedas, M. Moreno-Mañas, M.T. Martínez, C. Miravitlles, J. Casabó . CARBON, 44, 1891-1897, 2006.

  • Towards helical and Y-shaped carbon nanotubes: The role of sulphur in CVD process. C. Vallés, M. Perez-Mendoza, P. Castell, M. T. Martínez, W.K. Maser, A.M. Benito. NANOTECHNOLOGY, 17, 4292-4299, 2006.

  • Platinum nanoparticles over single-walled carbon nanotubes as fuel cells catalysts. E.Lafuente, A.M. Benito, W.K. Maser, R. Navarro, E.P. Urriolabeitia, L. Ganborena, O. Miguel, F. Alcaide, I. Cendoya, J. Rodriquez, M.T. Martínez. JOURNAL OF MATERIAL RESEARCH, 21, 11, 2841-2846, 2006.

  • Mixed P-N and As-N bis-ylide palladium complexes: Cooperative intramolecular interactions, conformational preferences, and C-H bond activations. Serrano E, Valles C, Carbo JJ, Lledos A, Soler T, Navarro R, Urriolabeitia EP. ORGANOMETALLICS 25 (19): 4653-4664 SEP 11 2006.

  • Excess enthalpy, density, speed of sound, and viscosity for 2-methyltetrahydrofuran+1-butanol at (283.15, 298.15, and, 313.15) K. Valles C, Perez E, Mainar AM, Santafe J, Dominguez M.  JOURNAL OF CHEMICAL AND ENGINEERING DATA 51 (3): 1105-1109 MAY 11 2006.

  • Design of hybrid organic/inorganic adsorbents based on periodic mesoporous silica. Schumacher C,  Gonzalez J, Perez-Mendoza M , Wright PA , Seaton NA . INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH 45 (16): 5586-5597 AUG 2 2006.

  • Almazan-Almazan, MC; Paredes, JI; Perez-Mendoza, M;et al.Surface characteristics of activated carbons obtained by pyrolysis of plasma pretreated PET JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, 110 (23): 11327-11333 JUN 15 2006.
  • Nano-objects on a round trip from water to organics in a polymeric ionic liquid vehicle. Marcilla R, Curri ML, Cozzoli PD, Martinez MT, Loinaz I, Grande H, Pomposo JA, Mecerreyes D. SMALL 2 (4), 507- 512, 2006.

  • Título: Sprayed Carbon Nanoube Thin Films as Hydrogen Sensors. E. Terrado, E. Muñoz, I. Sayago, M. Aleixandre, M. C. Horrillo, J. Lozano, M.J. Fernández, E. Lafuente, W.K. Maser, A.M. Benito, J. Gutiérrez, M.T. Martínez.  NANOPARTICLES AND NANOSTRUCTURES IN SENSORS AND CATALYSIS, edited by Chuan-Jian Zhong, Nicholas A. Kotov, Wayne Daniell, Francis P. Zamborini . MATER. RES. SOC. SYMP. PROC. 900E, Warrendale, PA, 2005, 0900-O06-15.

  • Methanol oxidation on gold nanoparticles in alkaline media, unusual electrocatalytic activity. Javier Hernández, José Solla-Gullón, Enrique Herrero, Antonio Aldaz, Juan M. Feliu. ELECTROCHIMICA ACTA 52 (2006) 1662-1669.

  • Shape-dependent electrocatalysis: oxygen reduction on gold nanoparticles. Javier Hernández, Enrique Herrero, José Solla-Gullón, Francisco J. Vidal-Iglesias, Juan M. Feliu, Antonio Aldaz. PROCEEDINGS-ELECTROCHEMICAL SOCIETY  (2006),  2005 -11 (Electrocatalysis) 200-212.

  • Preparation of Palladium Loaded Carbon Nanotubes and Activated Carbons for Hydrogen Sorption. A. Ansón, E. Lafuente, E. Urriolabeitia, R. Navarro, A.M. Benito, W.K. Maser, M.T. Martínez. INTERNATIONAL JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS, 436, 2007. 294–297.

  • Novel selective sensors based on carbon nanotube films for hydrogen detection. I. Sayago, M. Aleixandre, M.C. Horrillo, J. Lozano, J.P. Santos and J. Gutiérrez, E. Terrado, E. Lafuente, E. Muñoz, W.K. Maser, A.M.Benito, M.T.Martinez. SENSORS& ACTUATORS B-CHEMICAL 122 (1) 75-80, 2007.
 

Patentes

  • Inventores (p.o. de firma): A.M. Benito, P. Jiménez, M.T. Martínez, W.K. Maser 
    Título: Composición de polímeros y nanotubos de carbono, procedimiento de obtención y sus usos. 
    Nº de solicitud: P200800385 
    País de prioridad: España
    Fecha de prioridad: 13 de febrero de 2008 
    Nº de solicitud: Internacional: PCT: PCT/ES2009/070021
    Nº de publicación: 2324810 
  • Inventores (P.O. de firma): Ana Mª Diez Pascual, Gerardo Martínez Albillos, MA de los Ángeles Gómez Rodríguez,
    Mª Teresa Martínez Fernández de Landa, José Miguel Fernández Domínguez  
    Título: Material nanocompuesto reforzado con un derivado polimerico injertado en un material de carbono
    Nº de solicitud: 201030947
    País de prioridad: España
    Fecha de prioridad: 18 de mayo de 2010

 


 

            

 






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